[发明专利]一种多核系统的资源管理方法和控制核

说明书

技术领域

本发明涉及资源分配技术，特别涉及一种多核系统的资源管理方法和控制核。

背景技术

多核中央处理单元(CPU)可看作将多个通用的中央处理单元(CPU)以及一些功能部件集成到一块芯片中形成的一个系统级芯片(SOC)，本文中，将多核CPU中的通用CPU称为核(core)。将应用多核CPU的系统称为多核系统。在多核系统中，各个核之间可以并发访问临界资源(又称共享资源)，这些共享资源的分配和访问需要一定的机制进行控制和管理，以保证系统的正常运行。

多核系统的一个典型应用是在路由器产品中，管理大量的路由等转发表项信息，完成报文的路由和转发。在应用多核系统的路由器产品中，分配的共享资源用于建立转发表项。具体地，当需要建立转发表项时，分配一定的共享资源(即共享的一块内存空间)，利用该资源建立转发表项；当需要删除转发表项时，释放承载该转发表项的共享资源。

一般在路由器产品中，存在一个控制core负责转发表项维护操作(包括增加和删除转发表项等)，其他的core处理转发业务会频繁的访问控制core维护的转发表项，称为控制core。为了实现高速的转发处理，要求在数据转发过程中能够快速的命中表项，也就是查找到指定资源，达到高速的数据转发能力；并且，在大容量路由处理环境下能够快速完成建立表项，也就是完成资源分配；同时，由于存在多核对转发表项的访问，所以需要解决访问冲突的问题，也就是并发访问共享资源的冲突问题。

在资源管理过程中，如果不存在资源释放操作，那么采用顺序分配的资源分配方式，即可以保证资源分配的连续性。但事实上，很多情况下会出现资源释放操作，例如网络路由状况发生改变需要删除某个转发表项，这时，释放的资源成为可分配的资源，那么已分配的资源就不再是连续的，而出现了某些可分配的空洞。如果仍然采用顺序分配方案，则这些被释放的资源就无法被重新利用。

目前，在多核系统中，可以采用HASH索引表+资源池的方案进行资源的管理，以实现上述快速分配资源、查找指定资源和解决并发访问冲突的问题，同时能够尽可能利用所有可分配资源。其中，资源池即为所有可分配的共享资源区域(即共享的内存空间)。

具体地，图1为路由器产品中应用HASH索引表+资源池方案的示意图，其资源分配方法具体包括：遍历资源池中的资源，以获取空闲资源，并为该资源设置有效标志；然后，将该设置有效标志后的资源和HASH索引表做关联，在HASH索引表中相应key值(如图1中所示的“1”和“3”)的位置上写入该资源的地址信息。上述分配的资源可以上报给上层单元，用于写入要创建的转发表项。

当需要将建立好的转发表项删除时，具体可以为：获取将要删除资源的地址信息，为该资源设置无效标志，并将该资源与HASH索引表去掉关联，也就是将HASH索引表中相应key值的位置置空。

因为采用资源池的方式，所以表项操作的性能都可以得到保证，同时采用HASH索引表表项查询的效率也能够满足要求。对于访问冲突问题，可以通过延迟删除的方式解决。使用延迟删除方式时，所有的Core/Thread共享唯一的表项，创建新的转发表项时，先创建新的表项将老的表项替换掉，保证后续的查找使用新的表项；老的表项挂在回收链上延时一段时间再删除，保证更新操作时正在访问该表项的Core/Thread不会访问非法地址。

但是，采用上述HASH索引表+资源池的方案也存在以下缺点：

1、由于资源分配的非连续性，导致在进行资源分配时，需要遍历资源池以找到空闲资源，极大地影响了资源分配效率；

2、在需要对转发表进行遍历操作(例如，要显示所有有效表项时)或要删除整个转发表时，需要遍历整个资源池以找到其中的有效或满足条件的表项；实际上有效或满足条件的表项在整个转发表中所占的比例较小，但需遍历整个转发表，增加了许多无用的查找操作，极大的影响了转发效率。

3、需要删除特定转发表项时，为避免有正在访问该表项的报文访问已经释放的内存空间，引入的延迟删除机制增加了算法的复杂度。在大量路由频繁振荡情况下，延迟删除链会很长，有可能造成内存耗尽，进而无法分配新的可用资源以建立新的转发表项。

4、由于在资源分配时返回首个匹配条件的空闲资源，因此，在表项反复增删的条件下，刚释放的资源可能又被作为新分配的资源使用。这种方式不利于程序稳定，例如反复增删过程丢失一个删除消息，有可能使得后续增加消息使用错误的资源。

发明内容